“胡蘿卜素的提取”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

龍 佳 （湖北省宜昌市葛洲壩中學(xué) 湖北宜昌 443000）

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析

1.1 實(shí)驗(yàn)地位 高中生物學(xué)科教材選修1專題6涵蓋了提取植物有效成分的3種最基本的技術(shù)：蒸餾、壓榨和萃取，其中課題2關(guān)注萃取技術(shù)的學(xué)習(xí)。萃取技術(shù)在植物有效成分的提取中適用性廣，學(xué)習(xí)這項(xiàng)技術(shù)，能加深學(xué)生對植物有效成分的認(rèn)識，增進(jìn)對實(shí)驗(yàn)原理的理解。

本節(jié)內(nèi)容中，胡蘿卜素的功效與學(xué)生日常生活緊密聯(lián)系，教育學(xué)生熱愛生活，關(guān)注自身健康。萃取技術(shù)與化學(xué)知識存在交融之處，可培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科知識綜合運(yùn)用的能力和素養(yǎng)。紙層析法舊知新用，為培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用類比推理的方法學(xué)習(xí)新事物、新知識的理性思維能力提供良好的契機(jī)。動手操作，將理論學(xué)習(xí)運(yùn)用于指導(dǎo)實(shí)踐，落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)下學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

1）知識目標(biāo)：掌握提取胡蘿卜素的基本原理；并熟練運(yùn)用紙層析法鑒定胡蘿卜素。

2）能力目標(biāo)：通過分層設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運(yùn)用類比推理等理性思維方法學(xué)習(xí)新事物、新知識，通過合作探究分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因并嘗試改進(jìn)。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生樂于合作、樂于探究的良好理性思維能力和科學(xué)探究精神。

1.3 教法分析

1.3.1 學(xué)情分析 本節(jié)內(nèi)容為高二下學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備以下學(xué)習(xí)基礎(chǔ)：通過高中生物學(xué)科教材必修1中實(shí)驗(yàn)“綠葉中色素的提取和分離”的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了常見的分離技術(shù)——紙層析法的原理，為胡蘿卜素的鑒定實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。通過化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，學(xué)生熟悉化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，例如蒸餾裝置、回流冷凝裝置等，初步了解常見有機(jī)溶劑的基本性質(zhì)。同時(shí)，學(xué)生還具備一定的觀察、比較、分析及動手操作能力，可較好地完成教師精心設(shè)置的任務(wù)及實(shí)驗(yàn)操作。高中階段的學(xué)生樂于學(xué)習(xí)、樂于合作探究，具備實(shí)事求是的態(tài)度。

1.3.2 授課理念 基于高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生在層層設(shè)問中完成理論知識的學(xué)習(xí)，體驗(yàn)“跳一跳，夠得著”的學(xué)習(xí)過程和解決問題后的成就感；教師引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作，落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力；感受生活與生物、學(xué)科與學(xué)科知識交融的樂趣與魅力。

2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備 標(biāo)準(zhǔn)β-胡蘿卜素試劑，新鮮胡蘿卜，胡蘿卜粉末（多數(shù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件有限，沒有恒溫干燥箱等實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，教師可提前制備粉碎干燥的胡蘿卜粉末供學(xué)生使用，本文采用此方法），石油醚，層析液，濾紙，毛細(xì)管，燒瓶，鐵架臺，酒精燈，冷凝管，大燒杯，培養(yǎng)皿，冷凝回流裝置，漏斗，玻璃棒，溫度計(jì)，鉛筆，直尺等。

2.2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告單

表1 胡蘿卜素的提取和分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告單

2.3 實(shí)驗(yàn)評價(jià)量表（表2）

表2 胡蘿卜素的提取與分離實(shí)驗(yàn)評價(jià)量表［1］

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)生活情境，導(dǎo)入新課內(nèi)容 由教師展示新鮮胡蘿卜和胡蘿卜素片劑，播放學(xué)生錄制的關(guān)于胡蘿卜素功效的小視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察視頻中盛放胡蘿卜炒肉絲盤子中油的顏色，從而引出萃取法的定義。學(xué)生通過傾聽、觀看、觀察、思考、分析，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

3.2 講解實(shí)驗(yàn)原理，指導(dǎo)操作方法 教師根據(jù)本節(jié)內(nèi)容及教學(xué)要求，精心設(shè)置六大組14個(gè)小問題進(jìn)行分層設(shè)問，以問題為驅(qū)動，以小組搶答為基本形式，幫助學(xué)生理性思維的養(yǎng)成，有效完成理論知識的梳理，為實(shí)驗(yàn)操作奠定良好的基礎(chǔ)。

核心問題組1：萃取劑的選擇。

問題1：如何選取萃取劑？（幻燈片展示2類萃取劑：水溶性萃取劑：乙醇、丙酮；水不溶性萃取劑：石油醚、乙酸乙酯、乙醚、苯、四氯化碳。）

問題1.1：水溶性有機(jī)溶劑能用于胡蘿卜素的萃取嗎？為什么？

問題1.2：在水不溶性有機(jī)溶劑中，哪種最適宜用于提取胡蘿卜素？

（幻燈片展示：不同試劑的沸點(diǎn)不同。石油醚，乙酸乙酯，乙醚，苯，四氯化碳的沸點(diǎn)分別是：90～120℃，77℃，35℃，80℃和 76℃。）

問題2：還有哪些因素會影響萃取的效果？如何使萃取效果最佳？（歸納得出胡蘿卜素的提取實(shí)驗(yàn)流程。）

核心問題組2：關(guān)于萃取操作過程的理解（幻燈片展示萃取裝置如圖1）。

圖1 提取胡蘿卜素的裝置［2］

問題3：萃取過程應(yīng)該如何加熱？其原因是什么？

問題4：在加熱瓶口安裝冷凝回流裝置的目的是什么？

核心問題組3：關(guān)于濃縮操作過程的理解（幻燈片展示冷凝裝置如圖2）。

圖2 濃縮裝置［2］

問題5：你曾經(jīng)在什么實(shí)驗(yàn)中使用過此裝置？做何用？

問題6：該裝置為什么可以進(jìn)行濃縮？蒸餾冷凝進(jìn)入錐形瓶是什么成分？留在圓底燒瓶中的是什么？（幻燈片提示：萃取劑石油醚的沸點(diǎn)：90～120℃；胡蘿卜素的沸點(diǎn)：654.7℃。）

核心問題組4：回顧實(shí)驗(yàn)“綠葉中色素地提取和分離”（人教版高中生物學(xué)教材必修1第5章第4節(jié)“能量之源——光和光合作用”）。

問題7：綠葉中色素提取和分離的原理是什么？

問題8：分離的方法是什么？

問題9：分離的結(jié)果是怎樣的？共有幾種色素？從下往上的條帶中分別是什么色素？

核心問題組5：運(yùn)用類比推理理解并歸納紙層析法鑒定胡蘿卜素實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，培養(yǎng)理性思維能力（幻燈片展示實(shí)驗(yàn)基本操作步驟，并展示2組裝置，圖3）。

圖3 2組層析裝置［2］

問題10：這2套裝置有什么區(qū)別？你能找到哪些不同？

問題11：這些不同之處對實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有影響？是如何影響的？

問題12：還有哪些操作可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？（針對毛細(xì)現(xiàn)象對實(shí)驗(yàn)的影響，教師可進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解。由教師準(zhǔn)備2張層析用的濾紙條，卷成桶狀，一張將濾紙邊緣相互接觸，固定；另一張讓邊緣保留一定的距離，固定。取紅墨水模擬層析液，請學(xué)生協(xié)助完成實(shí)驗(yàn)，讓2組濾紙條進(jìn)行層析，引導(dǎo)學(xué)生觀察結(jié)果。）

核心問題組6：紙層析法鑒定胡蘿卜素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（幻燈片展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖例，圖4）。

問題13：怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明胡蘿卜素提取成功？

問題14：如果提取到的胡蘿卜素不純將出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？

圖4 胡蘿卜素的紙層析結(jié)果示意圖［2］

3.3 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，教師巡視引導(dǎo) 學(xué)生按日常學(xué)科小組進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果，如實(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告單，教師巡視指導(dǎo)［3］。

本實(shí)驗(yàn)的步驟較多，涉及較多儀器和試劑，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，教師可根據(jù)實(shí)際情況稍作調(diào)整。例如受沒有恒溫干燥箱等實(shí)驗(yàn)儀器的限制，教師可提前制備粉碎干燥的胡蘿卜粉末，這樣能節(jié)省時(shí)間，更好地讓學(xué)生突破本實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵操作步驟。本節(jié)課著重引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注萃取、濃縮和鑒定3個(gè)操作步驟。學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可更好地分工合作。一名學(xué)生搭建裝置的同時(shí)，另一名學(xué)生可準(zhǔn)備相關(guān)試劑和材料。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生相互溝通，相互交流，不僅可增進(jìn)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，也能讓學(xué)生在合作探討中進(jìn)行思想碰撞，利于創(chuàng)新意識的形成。通過實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)操作技能、創(chuàng)新合作意識，真正落實(shí)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，小組表達(dá)交流 學(xué)生以小組為單位進(jìn)行結(jié)果展示和匯報(bào)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，并嘗試得出相應(yīng)的結(jié)論，進(jìn)一步幫助學(xué)生梳理和夯實(shí)實(shí)驗(yàn)中的操作注意事項(xiàng)，完成理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐深化理論的過程，內(nèi)化教材知識，達(dá)成本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)。

3.5 引導(dǎo)學(xué)生歸納小結(jié)，完成實(shí)驗(yàn)評價(jià)量表 學(xué)生完成本節(jié)實(shí)驗(yàn)的評價(jià)量表（表2），教師進(jìn)行匯總。

4 實(shí)驗(yàn)評價(jià)方式

根據(jù)實(shí)驗(yàn)評價(jià)量表（表2），從課前預(yù)習(xí)、課上參與度、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)安全等多個(gè)維度進(jìn)行綜合評價(jià)［4］。在評價(jià)過程中，以鼓勵(lì)為主，注重培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、樂于思考、樂于創(chuàng)新的理性思維能力和科學(xué)探究精神。